Protein Sel Tunggal. Kode Mata Kuliah : OLEH Imam Santosa, S.T.,M.T Irma Atika Sari, S.T., M.Eng

Protein Sel Tunggal

OLEH

Imam Santosa, S.T.,M.T

Irma Atika Sari, S.T., M.Eng

Kode Mata Kuliah : 2035820 Bobot : 2 SKS

• Protein sel tunggal (PST) adl sel khamir, kapang, bakteri dan ganggang yg tumbuh dan berisi protein.

• Sel mikrobia ini mengandung karbohidrat, lemak, vitamin dan mineral.

• Produk PST kemungkinan dpt digunakan sbg makanan manusia & ternak.

• PST mempunyai potensi yg sangat penting bagi sumber asam amino, protein, vitamin dan mineral yg disusun dari bahan nonpangan/ limbah bermutu rendah.

Hambatan penggunaan PST sbg makanan

manusia adl:

o Kandungan asam nukleatnya yg tinggi yg dpt

menyebabkan pembentukan batu ginjal/ penyakit encok jika dikonsumsi berlebihan.

o Daya cernanya rendah dan kemungkinan memburuknya reaksi-reaksi pd usus dan kulit o Kemungkinan membawa senyawa racun/

karsinogenik dr residu substrat yg berasal dr proses biosintesis mikroba/ dr reaksi kimia selama proses dan pengeringan.

• Nilai kandungan asam nukleat berdasarkan bobot kering dpt dilihat pd tabel di bwh ini:

• Dibandingkan dg bhn makanan konvensional, kandungan as. Nukleat pd PST relatif tinggi.

• Kandungan as. Nukleat pd PST berkisar antara 8-25 gram/ 100 gram protein.

• Bagian terbesar nukleat pd PST adl RNA (Ribonukleat).

• Pada jaringan hewan, kandungan as. Nukleat

tertinggi terdapat pd bagian hati (4 gr as. Nukleat/ 100 gr protein); ikan (2,2 gr as. Nukleat/ 100 gr

protein); dan telur ikan (5,7 gr as. Nukleat/ 100 gr protein)

Komponen utama as.

Nukleat

• Guanin dan Adenin, dimetabolisme mnjd as. Urat. • Manusia kekurangan enzim Urikase yg mengoksidasi

as. Urat mnjd Alatonin metabolit, yg larut dan mudah dikeluarkan dr tubuh.

• Konsumsi PST yg mengandung purin tinggi

mengakibatkan peningkatan kadar as. Urat pd plasma sel dan air seni.

• Krn kelarutan as. Urat rendah, diduga peningkatan as. Urat pd plasma dpt menghasilkan Urate pd

jaringan tubuh dan persendian tulang.

• u/ mencegah terjadinya pembentukan batu ginjal dan penyakit encok maka pemasukan as. Nuklaet yg diperkenankan berkisar antara 2 gram/ hari.

• Pd dasarnya PST ditujukan sbg makanan ternak

yaitu protein pengganti pd campuran mknn ternak u/ unggas dan ternak nonruminansia/ sbg

pengganti susu u/ anak sapi.

• Penganekaragaman sumber protein pd makanan ternak ini, krn bahan makanan ternak konvensional dominan yaitu kedelai dan tepung ikan tdk

Ganggang

• Bermacam-macam Kapang, khamir, bakteri dan ganggang dpt digunakan PST.

• 2 spesies ganggang yaitu Scenedesmus acutus dan

Spirulina maxima digunakan kolam kultur guna

mendapatkan biomassanya.

• Penggunaan ganggang agak terbatas krn 2 hal, yaitu:

o Geografis, ganggang membutuhkan suhu hangat,

Bakteri

• Bakteri yg dpt digunakan adl Pseudomonas sp.,

Hydrogenomous sp., dan Cellulomonas sp.

• Bakteri mampu tumbuh pd berbagai substrat,

memiliki waktu perkembangbiakan pendek & tinggi kandungan proteinnya.

• Namun demikian penggunaan bakteri u/ produksi PST agak terbatas krn:

o Berukuran kecil dan sukar pemanenannya o Tinggi kandungan as. Nukleatnya.

Khamir

• Khamir memungkinkan lbh luas penggunaannya pd pembuatan PST krn mempunyai sifat-sifat yg

menguntungkan dibandingkan ganggang maupun bakteri, yaitu:

o Rendah kandungan as. Nukleatnya o Lbh mudah pemanenannya

o Dpt tumbuh pd substrat dg pH rendah

• Khamir yg dpt digunakan adl Candida utilis yg

tumbuh cpt dan dpt memanfaatkan gula pentosa dan heksosa sbg makanan tambahan u/

Khamir ...

• C. Utilis dpt ditumbuhkan pd kultur media yg tdk kaya nutrisi.

• Ada 2 varietas khusus C. Utilis yaitu C. Utilis van

major (yg mempunyai sel lbh besar) dan C. Utilis van thermophilla.

• Golongan khamir yg dpt digunakan u/ menghasilkan PST adl

C. Utilis C. Tropicalis Pichia sp

C. Guilliermodii Torulopis Candida Debarymytorula sp C. Lipolytica T. Methanosorbosa Saccaromysces sp

• Golongan ganggang yg dpt digunakan u/ menghasilkan PST adl

• Golongan fungi filamentus yg dpt digunakan u/ menghasilkan PST adl l Spirulina maxima Chorella sp Scenedesmus sp dll Agaricus sp Penicillium sp

Aspergillus sp Trichosporon cutaneum Fusarium sp

• Golongan bakteri yg dpt digunakan u/ menghasilkan PST adl

Bacillus sp Acromonas eutrophus Cellulomonos sp Mycobacterium sp Acimabacter Calcoacetius Nocardia sp Rhodopseudomonas sp Methylomonas sp

• Pembiakan mikroba dlm substrat cair dpt dilakukan pd kolam scr batch/ kontinu.

• Dlm pembiakan batch, substrat yg tlh diinokulasikan dlm cara dan lingkungan yg sesuai dlm jangka

waktu ttt.

• Dalam kontinu, substrat segar ditambahkan secara terus menerus ke dlm biakan sedangkan produk yg terbentuk secara terus menerus diambil dari kolam biakan.

• Mikroba yg paling bnyk digunakan pd pembuatan PST adl golongan Khamir.

• Sebagian besar khamir yg dihasilkan dr proses kontinu membutuhkan:

o Pertumbuahn khamir aktif pd fermentasi

o Umpan kerbohidrat dan sumber-sumber N, P, dan K pd laju peningkatan selama tingkat

maksimal pertumbuhan hrs dijaga terus-menerus. o Pemberian aerasi dan pengadukan yg optimal o Pengeluaran cairan yg mengandung sel khamir

dilakukan pd laju & volum sama dg penambahan media baru.

• Kondisi optimal produksi khamir adl beragam, sesuai dg khamir dan BB substrat yg digunakan. • Sistem aerasi sebaiknya agak berlebih ttp pd

tingkat yg optimal; jika terlalu sedikit akan menghasilkan alkohol pd pertumbuhannya, sebaliknya bila terlalu banyak akan cocok u/ respirasi dan menghasilkan panas serta

menurunkan sel khamir.

• T_optimal bg pertumbuhan khamir bergantung pd jenis khamir; pH hrs berada pd keadaan asam dan

• Nilai konsumsi protein berkisar 65-90% u/ berbagai kultur yg tlh diuji.

• Nilai perbandingan efisiensi protein berkisar antara 0,6 – 2,6

• Khamir pangan adl protein tinggi ditambah vit B kompleks ttp kekurangan metionin dan sedikit sistein.

• Selain itu khamir pangan mengandung tiamin, riboflavin, biotin, as. Pantotrnat, pirodoksin, siasin, streptogenin, glutation, sedikit as. Folat dan as. P-amino bensoat.

• Neraca massa substrat u/ pembuatan PST

menunjukkan bahwa sebagian besar N ditahan di dalam produk, ttp sebagian karbohidrat hilang

digunakan sbg energi u/ sintesa, seperti yg ditunjukkan pd tabel di bawah ini

• Secara umum prmbuatan PST adh: o input

• Bahan makanan dasar • Inokulum • Energi o Output • Panas • Karbondioksida • sel

• Nilai gizi PSTberupa substrat beragam sesuai mikroba yg digunakan.

• Cara pemanenan, pengeringan & pengolahan berpengaruh thdp hasil akhir nilai gizi.

• Secara umum pembuatan PST spt di lihat pd gambar sbb:

Proses Pembuatan PST

• Faktor yg perlu dipertimbangkan dlm meproduksi PST:

o NUTRISI

o TEKNOLOGI PANGAN

o SOSIOLOGI EKONOMI & TEKNOLOGI o PENGGUNAAN SUBSTRAT YG COCOK

• Menentukan proses mana yg akan digunakan dlm memproduksi PST merupakan masalah yg

misal

• Memproduksi PST dr fraksi minyak bumi sifatnya akan lbh ekonomis krn bahan yg akan digunakan adl residu hidrokarbon, drpd menggunakan

misal

• Dr tabel tsb terlihat bahwa memproduksi jml sel yg sama, karbohidrat memerlukan substrat 2x lbh

besar drpd substrat hidrokarbon, ttp memerlukan O₂ 1/3 nya dan lbh sedikit menghasilkan panas. • Ini disebabkan hidrokarbon lbh mudah teroksidasi

dibandingkan bentuk-bentuk selular seperti protein & nukleat.

Hal penting dlm memproduksi

PST

• Penyediaan substrat • Kontrol suhu dan pH

• Kondisi aerasi dan agitasi

• u/ mendapatkan protein dari khamir dan bakteri dilakukan fermentasi rendam.

• Khamir dan bakteri yg digunakan umumnya adl

Candida utilis dan Micrococcus Cerificans.

• Dlm produksinya digunakan tabung fermentasi dg kapasitas ribuan gallin & peralatan yg lengkap u/ penambahan nutrien dan udara steril, sterilisasi dan pendinginan medium, kontrol agitasi dan pH.

Penyediaan substrat

• Dlm memproduksi PTS, penyediaan dan persiapan substrat merupakan langkah yg penting.

• Yg termasuk dlm proses ini adl o Sterilisasi media

o Sterilisasi udara dan pengaturan pH, o Suhu

o Nutrien yg dibutuhkan u/ pertumbuhan m.o secara optimum

Kontrol suhu dan pH

• Nilai pH dan suhu berbeda-beda u/ setiap substrat, kultur dan kondisi fermentasi.

u/ Khamir pH optimum  4 – 5,5 u/ Bakteri pH optimum  di atas 7

• Nilai pH ini sangat mempengaruhi komposisi dari as. Amino dan protein yg dihasilkan.

• Kontrol pH dpt dilakukan scr manual maupun otomatis.

• u/ mengatur pH sampai tingkat yg diinginkan dpt digunakan berbagai bahan kimia, seperti amonia cair, amonium sulfat, as. Sulfat, natrium bikarbonat/ natrium karbonat.

Kontrol suhu dan pH ...

• Menurut Mateles (1967), spesies Bacillus yg

merupakan bakteri termofilik dan bisa tumbuh dg baik pd T=65 0_{C pd heksadekan, dpt menjadi}

sumber u/ produksi PTS u/ mengurangi masalah pendinginan.

• Hal ini disebabkan heksadekan adl hidrokarbon yg lbh panas dibandingkan dg karbohidrat.

Kondisi aerasi dan agitasi

• Aerasi & agitasi merupakan hal yg penting dlm memproduksi sel-sel khamir dan bakteri.

• u/ pertumbuhan secara aerobik, suplai oksigen merupakan faktor terpenting dalam penggunaan sumber karbon secara efisien.

• Luas permukaan sejumlah gelembung udara pd suatu cairan bertambah dg semakin kecilnya

gelembung udara.

• Dg demikian permukaan sentuh antara udara dg medium lebih besar drpd gelembung berukuran kecil, jika dibandingkan dg gelembung berukuran besar, dan kemungkinan waktu kontak lebih lama pada gelembung ukuran kecil.

pemanfaatan kembali sel-sel

(cell recovery) yg dihasilkan

• Pengambilan sel yg dihasilkan dpt dilakukan dg cara sentrifugasi, filtrasi, flokulasi dan cara pengeringan semprot.

• Wang (1968) dlm Anonimus, mengemukakkan

beberapa masalah yg dihadapi dlm memanen sel-sel hsl fermentasi hidrokarbon.

• Jika sel ditumbuhkan pd n-alkana yg dimurnikan, maka akan di dapatkan residu hidrokarbon yg

sangat sedikit, dan jumlah tersebut dapat dikurangi dg fermentor.

• u/ sel-sel yg dibutuhkan pd campuran uap dan minya, maka akan dibutuhkan proses ekstraksi pelarut.

PST dr Limbah Cair Sulfit

• M.o yg digunakan adl khamir Candida utilis.

• Kelebihan sulfit pd pulp (pabrik kertas) dpt dikurangi dg cara destilasi, menetralkan sulfit menggunakan air kapur.

• Fermentasi berlangsung scr kontinu, dg T=37 0_C.

• Aerasi dilakukan dg menggunakan suatu “draft tube” yg dihubungkan dg sebuah aerator yg berputar dg kecepatan 300 rpm.

• Inokuslasi kultur dilakukan 1x di Lab.

• Kondisi Ph, T, aerasi dan agitasi memungkinkan

berlangsung cukup cepat dan mencegah m.o lain tumbuh.

Peralatan yg digunakan dlm proses pembuatan

PST dr limbah cairan sulfit ini adl:

• Kondensor spiral • Pendingin

• Siklon

• Blower snetrifugal

• Pengering berputar ganda • Konveyor berulir

• Unit pelapis

PST dr Hidrokarbon

• M.o yg digunakan adl Microcaccus cerificans yg tumbuh dg baik pd T= 25 0C dan pH sekitar 7,0-8,5 • Sbg umpan digunakan parafin C₁₁-C₃₀ yg sdh

dimurnikan u/ mengurangi tingkat aromatiknya sampai di bawah ½ % bobot.

• Selain itu digunakan petrolium C₁-C₃₀, terutama minyak gd TD diantara 190-320 0_C

• Proses ini melibatkan secara terus-menerus

hidrokarbon cair/ gas, garam-garam mineral cair, medium dan oksigen berlebih ke dlm reaktor yg berisi medium cair dan sel-sel bakteri yg dpt

Peralatan yg digunakan dlm proses pembuatan

PST dr hidrokarbon adl:

• Unit pemurnian umpan • Saringan molekuler 5A • Saringan 13x

• Tangki penyimpan hidrokarbon murni • Reaktor/ fermentor

• Pengaduk

• Tangki pencampur • Menara destilasi

• Separator sentrifugal

PST dr Alga

• Kemampuan m.o alga u/ berfotosintesa tlh lama dimanfaatkan u/ menghasilkan PST.

• Beberapa alga yg dpt digunakan adl alga hijau (Chlorolla vulgaris, Scenedesmus acutus,

Coelastrum proboscideum) dan alga biru (Spirulina maxima).

• Dlm proses ini alga dipelihara di kolam-kolam

terbuka yg cukup dpt mendapat sinar matahari. • Biomass yg diperoleh berwarna hijau muda.

• Dinding-dinding sel alga umumnya rusak pd waktu pengeringansehingga sel dpt langsung

Kondisi yg diperlukan agar alga tumbuh dg

baik diantaranya:

• Pasokan karbohidrat dan mineral yg memadai. • Cahaya dg intensitas yg cocok

• Suhu yg tetap

• Pengadukan yg baik u/ mencegah pengendapan alga

Ex u/ mendapatkan distribusi yg merata dr karbondioksida, nutrien dan cahaya.

• Faktor yg penting dlm kulturisasi alga adl

pengadukan.

• Jika kultur tdk diaduk, kebanyakan sel alga akan mengendap di dasar wadah/ akan terdapat

dipermukaan dimana hal ini akan dapat

Pemanenan sel-sel alga

• Penentuan konsentrasi awal dari suspensi alga • Penarikan air dari suspensi alga

Perlatan yg digunakan

• Dalam larutan mediumnya terdapat kontamina

seperti larva nyamuk, protozoa Branchiours sp, dan kadang-kadang oleh alga lain seperti Diatome/

Chorela.

Hal yg merugikan dr proses pembuatan PST dr alga

Peralatannya lbh sederhana drpd peralatan yg digunakan khamir dan bakteri.

Peralatan tsb adl pengatur suhu sentrifusi, pengering terutama pengering semprot, mesin pengaduk/ unit agitasi dan pemanas (kompor uap).